核電廠主控室的數(shù)字化人機界面設(shè)計和評價

王昊魯，劉 禹

（海南核電有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

人因失誤是比較常見的核電廠事故因素，而導(dǎo)致出現(xiàn)人因失誤的關(guān)鍵原因之一就是人機界面的設(shè)計不合理，人機界面設(shè)計合理是減少人因失誤、有效預(yù)防核電事故發(fā)生的關(guān)鍵保障。但是想要達到預(yù)期的主控室人機界面設(shè)計，就應(yīng)當采用合理科學(xué)的人機界面評價手段，完成人機界面設(shè)計過程的全面監(jiān)督[1]。核電廠主控室作為正常運行整個核電廠的關(guān)鍵中樞，更作為人機交互的關(guān)鍵場所，配備了核電廠運行情況的監(jiān)控系統(tǒng)，加上系統(tǒng)運行中存在諸多變量，設(shè)備自動化程度較高，對于人機界面設(shè)計也提出更高要求。本文提出核電廠主控室數(shù)字化人機界面設(shè)計評價方法，可為類似研究提供參考借鑒。

1 核電廠數(shù)字化主控室人機界面

隨著近年來計算機信息技術(shù)的飛速發(fā)展，新型數(shù)字化核電廠主控系統(tǒng)逐漸成為如今技術(shù)主流，達到智能化、集中化、精準化系統(tǒng)控制管理。相較傳統(tǒng)電場主控室，很大程度改變了數(shù)字化主控室核電廠的顯示、控制方式，人機界面及操作行為也發(fā)生極大改變[2]。對于人機交互，核電廠的繁雜信息和警報獲取、操作、管理等難度較大，并且會對工作人員的判斷造成干擾。數(shù)字化控制室通過人機界面雖然承載了多界面，但是并未擁有充足空間連續(xù)顯示，再加上儀表控制系統(tǒng)顯示屏存在上千萬復(fù)雜交互界面的包含可能性，為了有效完成對電場的監(jiān)控任務(wù)，操作者還需要負責(zé)工作站界面管理。

核電廠數(shù)字化主控室人機界面特點，包括信息顯示，數(shù)字化人機界面實現(xiàn)了多媒體結(jié)合軟控制，對于信息顯示畫面感有效增強，并對操作者的實際視覺疲勞度有效減緩；從人因工程視角，核電廠主控室人機交互界面，對設(shè)備運行工作參數(shù)集中提供，實現(xiàn)動靜結(jié)合且可靠的工況顯示方式；主控室人機界面能夠?qū)崿F(xiàn)人機功能的合理分配，也具備更強大的信息處理能力[3]。通過數(shù)字化人機界面操作對于視覺顯示效果更依賴，獲取視覺信息也取決于數(shù)字化人機界面信息顯示優(yōu)劣程度。

2 建立核電廠主控室數(shù)字化人機界面評價指標體系

2.1 評價因素

核電廠主控室實現(xiàn)數(shù)字化人機交互界面設(shè)計中，包含了顯示器、監(jiān)控設(shè)備、操作設(shè)備、中央顯示設(shè)備等，人機界面設(shè)計的關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)合理布局。本部分劃分核電廠主控室數(shù)字化人機界面評價指標體系共計4 類：硬件，軟件，工作空間和作業(yè)環(huán)境。由圖1 的因果關(guān)系能夠發(fā)現(xiàn)，主控室人機界面評價各因素呈階梯式遞進[4]。其中硬件界面包括了控制臺平臺、顯示裝置評價、操作裝置評價、儀表盤面評價等因素，在布設(shè)面板時需要以操作功能、重要性各方面作為著手點完成編組。工作空間評價因素則涵蓋了活動空間、心理空間兩方面，要求主控室具備較大空間條件確保所有監(jiān)控活動的順利完成。作業(yè)環(huán)境評價包括了視覺、溫?zé)帷⒙犛X三大環(huán)境組成，確保工作環(huán)境良好作為操作者能夠高效安全操作的保障[5]。軟件界面評價因素就是中央顯示屏界面與監(jiān)控界面，保證顯示信息的方便讀取、清晰明了、規(guī)范理解，軟件界面需要包含系統(tǒng)反饋、聯(lián)機處理、系統(tǒng)提示等能力。

圖1 主控室人機界面評價因素

2.2 人機界面評價指標體系

結(jié)合以上四大因素建立人機界面評價指標體系共分為4 個子指標體系，主控室數(shù)字化人機界面評價指標體系框架見圖2。

圖2 主控室數(shù)字化人機界面評價指標體系框架

3 主控室數(shù)字化人機界面設(shè)計

在設(shè)計核電廠主控室人機界面時主要包括兩類畫面：第一類是系統(tǒng)操作畫面，以系統(tǒng)操作工藝流程圖為依據(jù)，為整個核電廠工藝系統(tǒng)完成設(shè)計的畫面；第二類畫面作為高級畫面，不同于系統(tǒng)操作畫面，并不是與工藝流程圖相對應(yīng)，而是專門為了完成任務(wù)所設(shè)計的綜合畫面或者總體畫面。在一項任務(wù)完成中會與多類工藝系統(tǒng)有所涉及，所以高級畫面內(nèi)部往往也涵蓋了多系統(tǒng)設(shè)備信息[6]。因為核電廠整體系統(tǒng)流程尤為復(fù)雜，所以在人機界面設(shè)計中需要與系統(tǒng)工藝流程相吻合，與功能分析、匹配相符并融入人因設(shè)計。

3.1 人機界面顯示信息

在現(xiàn)代化核電廠主控室人機界面設(shè)計中，運用圖形信息顯示采用4～5 個LED 屏幕展示核電廠的全貌，工作站屏幕會對部分畫面準確顯示，計算機信息顯示能夠允許信息疊加、滾動、分層，突破空間物理局限，相較傳統(tǒng)人機界面的局限更為全面可靠。傳統(tǒng)人機界面在設(shè)計中需要對人為因素充分考慮，而大量信息則會導(dǎo)致操作者在查看、判斷和選擇中產(chǎn)生諸多干擾，最終出現(xiàn)操作失誤[7]。

3.2 人機界面設(shè)計標準

（1）布局。在畫面上需要由上至下、由左至右地設(shè)計總體畫面布局。

（2）字體。在被描述對象靠近界面位置進行信息描述，保證信息的明確清晰并采用統(tǒng)一字號和字體，不可以采用簡寫。

（3）線型。保證設(shè)備的所有連接線都可以橫平豎直，盡可能避免發(fā)生斜線，并且與管道內(nèi)的流體具體類型結(jié)合為依據(jù)，選擇適當?shù)木€色、線寬，合理添加箭頭用以表示具體流向[8]。

（4）圖元。結(jié)合人機界面的具體操作任務(wù)，正確選擇設(shè)備圖元，具體可以劃分為設(shè)備、數(shù)字警報、參數(shù)顯示等三類圖元，在人機界面設(shè)計中設(shè)定圖元設(shè)備，可以在顯示的同時滿足控制需要。由于設(shè)備的差異化類型，最終的界面放置位置也存在差異，如氣動閥、電磁閥等閥門類設(shè)備需要明確放置的水平或垂直具體位置。數(shù)字警報圖元設(shè)備在設(shè)計時，也包括了控制、無控制兩類圖元，應(yīng)當以系統(tǒng)邏輯為依據(jù)選擇相應(yīng)的圖元類型；由于較多的參數(shù)顯示圖元類型，目前比較常見的圖元類型包括了數(shù)字讀出、圖表和條狀圖，對于數(shù)字讀出應(yīng)當針對性選擇參數(shù)類型，準確區(qū)分參數(shù)正常與否，確定顯示格式、具體量程和計量單位[9]。

（5）畫面連接?？梢詫⑾鄳?yīng)鏈接添加于存在鏈接關(guān)系的畫面中，畫面鏈接中包含了靜態(tài)、動態(tài)兩類，靜態(tài)鏈接僅顯示信息，無法實現(xiàn)點擊跳轉(zhuǎn)，動態(tài)鏈接可以跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)畫面中。

4 結(jié)語

如今基于人因工程學(xué)完成的人機界面設(shè)計，已經(jīng)在我國現(xiàn)代化核電廠主控室人機界面設(shè)計中廣泛應(yīng)用，人機界面能夠?qū)崿F(xiàn)更簡潔的操作，并有效降低人因失誤。通過研究建立了核電廠主控室的數(shù)字化人機界面評價體系，旨在能夠更好地服務(wù)于我國核電廠監(jiān)控工作。